(57)【要約】【課題】  電極に対する摩耗を抑制する燃料電池の集電体、および、その集電体を備えた燃料電池を提供する。【解決手段】  燃料電池に用いられる集電体であって、燃料電池の電極と接触する面部分を有し、その面部分と電極との間の接触面圧を上昇させる接触面圧上昇部を備える。【選択図】        図２
2005353413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に用いられる集電体であって、
前記燃料電池の電極と接触する面部分を有し、該面部分と前記電極との間の接触面圧を上昇させる接触面圧上昇部を備えることを特徴とする燃料電池の集電体。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池の集電体において、
前記電極は、膜状に形成されており、
前記接触面圧上昇部において、
前記面部分は、膜状に形成される前記電極と面接触することを特徴とする燃料電池の集電体。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部は、
金属プレートにより構成され、
前記燃料電池の作動に伴う発熱を利用して、前記金属プレートの面部分と前記電極との接触面圧を上昇させることを特徴とする燃料電池の集電体。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部において、
前記金属プレートは、前記面部分を備えた第１の金属プレートと、第２の金属プレートとで構成され、
前記第１の金属プレートと前記第２の金属プレートとの間に封入される、前記燃料電池の作動温度域で熱膨張する気体層を備えることを特徴とする燃料電池の集電体。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池の集電体において、
前記第１の金属プレートは、凸状であり、その頂部が前記面部分となることを特徴とする燃料電池の集電体。
【請求項６】
請求項３に記載の燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部において、
前記金属プレートは、前記面部分を備えた第１の金属プレートと、第２の金属プレートとから構成されるバイメタル構造であり、前記第２の金属プレートは前記第１の金属プレートより熱膨張率が高いことを特徴とする燃料電池の集電体。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池の集電体において、
バイメタル構造である前記金属プレートの形状は、ステップ状であり、その頂部が前記面部分となることを特徴とする燃料電池の集電体。
【請求項８】
燃料電池であって、
第１および第２の電極と、
前記第１および第２電極との間に挟持される電解質膜と、
前記第１の電極と接する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の集電体と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池において、
前記第１の電極は、水素透過性金属膜で構成されることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集電体、及びそれを有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、新たな電気エネルギ源として燃料電池が注目されている。この燃料電池には、金属や金属酸化物から成る膜状の電極（以下、電極膜とも呼ぶ。）が使われる場合があり、この電極膜から電子を集電したり、もしくは、その電極に電子を配電したりするための集電体が備えられる。このような集電体としては、ステンレス鋼などからなる金属メッシュやカーボンクロス、および、下記特許文献１に示されるような、たわし状の金属繊維から成るものなどが用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３６７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の集電体は、いずれも繊維状に構成されており、このため上記電極膜と、点接触することにより電極膜が傷つき摩耗するという問題があった。このように電極膜が摩耗すると、電極膜の膜抵抗が部分的にアンバランスとなり、燃料電池の電池性能が低下するという問題が生じる。
【０００５】
なお、上記問題は、電極が膜状の場合だけでなく、電極がポーラス（多孔質）状の場合にも同様に起こり得る問題である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、電極に対する摩耗を抑制し得る集電体、及びそれを有する燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池の集電体は、燃料電池に用いられる集電体であって、
前記燃料電池の電極と接触する面部分を有し、該面部分と前記電極との間の接触面圧を上昇させる接触面圧上昇部を備えたことを要旨とする。
【０００８】
上記燃料電池の構成によれば、集電体の面部分が電極と接触するので、集電体によって電極が磨耗するのを抑制することができる。
【０００９】
上記燃料電池の集電体において、
前記電極は、膜状に形成されており、
前記接触面圧上昇部において、
前記面部分は、膜状に形成される前記電極と面接触するようにしてもよい。
【００１０】
このようにすれば、集電体と電極は、面接触するので、集電体によって電極が摩耗するのを抑制することができる。
【００１１】
上記燃料電池の集電体において、
金属プレートにより構成され、
前記燃料電池の作動に伴う発熱を利用して、前記金属プレートの面部分と前記電極との接触面圧を上昇させるようにしてもよい。
【００１２】
このようにすれば、燃料電池の作動温度域において、集電体における金属プレートの面部分と電極との接触面圧を上昇させることができるので、経年変化や熱劣化などによる集電体と電極との接触面圧の低下を防止することができる。
【００１３】
上記燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部において、
前記金属プレートは、前記面部分を備えた第１の金属プレートと、第２の金属プレートとで構成され、
前記第１の金属プレートと前記第２の金属プレートとの間に封入される、前記燃料電池の作動温度域で熱膨張する気体層を備えるようにしてもよい。
【００１４】
このようにすれば、燃料電池の作動温度域において、封入された気体層が熱膨張し、それに伴い第１の金属プレートの面部分が電極側に押上げられるので、集電体における第１の金属プレートの面部分と電極との間の接触面圧を上昇させることができる。また、燃料電池の温度が作動温度域未満の場合は、気体層の熱膨張による第１の金属プレートの押上げが低下されるので、不必要に第１の金属プレートの面部分と電極との間の接触面圧を上昇させることに起因する第１の金属プレートの経年変化等を抑制できる。
【００１５】
上記燃料電池の集電体において、
前記第１の金属プレートは、凸状であり、その頂部が前記面部分となるようにしてもよい。
【００１６】
上記燃料電池の集電体において、
前記接触面圧上昇部において、
前記金属プレートは、前記面部分を備えた第１の金属プレートと、第２の金属プレートとから構成されるバイメタル構造であり、前記第２の金属プレートは前記第１の金属プレートより熱膨張率を高くするようにしてもよい。
【００１７】
このようにすれば、燃料電池の作動温度域における、第１の金属プレートと第２の金属プレートとの熱膨張差に起因して、第１の金属プレートが第２の金属プレートに押されるので、集電体における金属プレート（第１の金属プレート）の面部分と電極との接触面圧を上昇させることができる。
【００１８】
上記燃料電池の集電体は、
バイメタル構造である前記金属プレートの形状は、ステップ状であり、その頂部が前記面部分となるようにしてもよい。
【００１９】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池は、燃料電池であって、
第１および第２の電極と、
前記第１および第２電極との間に挟持される電解質膜と、
前記第１の電極と接する上記燃料電池の集電体と、
を備えたことを要旨とする。
【００２０】
上記燃料電池の構成によれば、集電体の面部分が、第１の電極と接触するので、集電体によってその電極が磨耗するのを抑制することができる。
【００２１】
上記燃料電池において、
前記第１の電極は、水素透過性金属膜で構成するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の手順で説明する。
Ａ．第１の実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
Ａ２．集電体の構成：
Ａ３．実施例の効果：
Ｂ．第２の実施例：
Ｂ１．燃料電池の構成：
Ｂ２．集電体の構成：
Ｂ３．実施例の効果：
Ｃ．変形例：
【００２３】
Ａ．第１の実施例：
Ａ１．燃料電池の構成：
図１は、本発明の第１の実施例における燃料電池の構成単位である単セル５００の概略構成を示す断面模式図である。本実施例における燃料電池は、単セル５００を複数積層して直列に接続したスタック構造を有している。単セル５００は、集電体１００と、アノード電極１０と、水素透過性金属層１５と、水素透過性金属層１５の表面上に形成された電解質層２０と、電解質層２０上に形成されたカソード電極３０と、カソード電極３０上に配設された集電体４０と、を備えている。以下、アノード電極１０、水素透過性金属層１５、電解質層２０、およびカソード電極３０を積層した構造を、ＭＥＡ（膜電極接合体：Membrane-Electrode Assembly）７０とも呼び、さらに、このＭＥＡ７０の両側にそれぞれ集電体１００および集電体４０を形成した構造を多層体７５とも呼ぶ。単セル５００は、さらに、多層体７５を両側から挟持する２つのガスセパレータ５０、６０を備えている。
【００２４】
集電体４０は、導電性を有する材料からなる繊維を織成することによって形成したガス透過性を有する部材から成る。この集電体４０は、セパレータ５０から供給される電子をカソード電極３０に配電する機能を有する。集電体４０を形成する導電性材料は、燃料電池の内部環境で安定であって、繊維状に成形することができればよく、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）やチタン（Ｔｉ）などの金属や、カーボン等とすることができる。したがって、集電体４０は、例えば金属メッシュやカーボンクロスによって形成することができる。ガスセパレータ５０と集電体４０との間には、酸素を含有する酸化ガスが通過する単セル内酸化ガス流路９０が形成されている。
【００２５】
一方、集電体１００は、後述するように２枚の金属プレートから構成される。この集電体１００は、ガスセパレータ６０と後述する金属膜から成るアノード電極１０との間に設けられ、アノード電極１０およびガスセパレータ６０のそれぞれと接触しており、アノード電極１０で生成される電子を集電し、ガスセパレータ６０へ供給する。集電体１００が設けられたアノード電極１０とガスセパレータ６０との間は、水素を含有する燃料ガスが通過する単セル内燃料ガス流路８０としての機能も有する。この集電体１００についての詳細は、後述する。
【００２６】
水素透過性金属層１５は、水素透過性を有する金属によって形成される層であり、例えば、バナジウム（Ｖ）等の５族金属（Ｖの他、ニオブ、タンタル等）または５族金属の合金によって形成される。
【００２７】
アノード電極１０は、水素分子を分離する活性と共に水素透過性を有する金属、例えばパラジウム（Ｐｄ）やパラジウム（Ｐｄ）合金によって緻密な膜状に形成される。このアノード電極１０は、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、めっき（例えば、エアロゾルデポジッション法）などにより、水素透過性金属層１５上に形成する。
【００２８】
電解質層２０は、プロトン伝導性を有する固体電解質から成る層である。電解質層２０を構成する固体電解質としては、例えば、ＢａＣｅＯ3、ＳｒＣｅＯ3系のセラミックスプロトン伝導体を用いることができる。この電解質層２０は、水素透過性金属層１５上に、上記固体電解質を生成させることによって形成することができる。電解質層２０を形成する方法としては、例えば、ＰＶＤ、ＣＶＤなど種々の手法を用いることができる。このように、電解質層２０を緻密な水素透過性金属層１５上に成膜することにより、電解質層２０の充分な薄膜化が可能となる。電解質層２０を薄膜化することにより、電解質層２０の膜抵抗をより低減することができ、従来の固体電解質型燃料電池の運転温度よりも低い温度である約２００〜６００℃程度で燃料電池を運転することが可能となる。
【００２９】
カソード電極３０は、電気化学反応を促進する触媒活性を有する材料を備える層である。本実施例では、電解質層２０上にポーラス（多孔質）状の薄い白金（Ｐｔ）層を形成することによってカソード電極３０を設けている。このカソード電極３０となる白金（Ｐｔ）層は、例えばＰＶＤあるいはＣＶＤなどにより形成する。
【００３０】
ガスセパレータ５０，６０は、カーボンや金属などの導電性材料によって構成されるガス不透過な板状部材である。ガスセパレータ５０の表面には、単セル内酸化ガス流路９０を形成するための所定の凹凸形状が形成されている。このガスセパレータ５０の凹凸部は、集電体４０と接触している。従って、アノード電極側から送られてくる電子は、ガスセパレータ５０を介して集電体４０に配電される。ガスセパレータ５０は、このセパレータと接する集電体４０と同種の材料により形成することが望ましい。一方ガスセパレータ６０の表面には集電体１００がろう付けにより接合されている。従って、集電体１００から供給される電子は、ガスセパレータ６０を介してカソード電極側に送電される。また、燃料電池スタック内において、隣り合う単セル５００間に冷媒流路を設けることとしても良い。
【００３１】
なお、図１では記載を省略しているが、燃料電池スタック内には、燃料電池スタックを積層方向に貫通して、燃料ガス供給マニホールド、燃料ガス排出マニホールド、酸化ガス供給マニホールドおよび酸化ガス排出マニホールドが設けられている。燃料電池スタックに対して燃料ガスが供給されると、燃料ガスは、燃料ガス供給マニホールドを介して各単セル内燃料ガス流路８０に分配されて電気化学反応に供され、その後燃料ガス排出マニホールドに集合して外部に導かれる。また、燃料電池スタックに対して酸化ガスが供給されると、酸化ガスは、酸化ガス供給マニホールドを介して各単セル内酸化ガス流路９０に分配されて電気化学反応に供され、その後酸化ガス排出マニホールドに集合して外部に導かれる。
それでは、以下に集電体１００について説明する。
【００３２】
Ａ２．集電体の構成：
図２は、本実施例における集電体１００の概略構成を示す断面模式図である。図に示すように、本実施例における集電体１００は、２枚の金属プレート１１０，１２０から構成されており、それぞれステンレス鋼（ＳＵＳ）から成っている。集電体１００において、金属プレート１１０は凸状に、金属プレート１２０は平坦に形成されており、金属プレート１１０の凸部以外の部分と、金属プレート１２０のそれに対応する部分とが、ろう付けにより接合されている。金属プレート１１０の凸部の頂部面は、金属膜から成るアノード電極１０と面接触する。また、金属プレート１１０の凸部と金属プレート１２０とで囲まれる空間には、空気が封入され空気層１３０が形成されている。図１では、この集電体１００のｚ方向における高さは、ｚ方向におけるＭＥＡ７０の厚さより小さく示されているが、実際には、集電体１００のｚ方向における高さは、ｚ方向におけるＭＥＡ７０の厚さの４倍〜５倍程度となっている。図２に示すように、金属プレート１２０において、金属プレート１１０との接合面と反対の面は、ガスセパレータ６０と接合されている。
【００３３】
図３は、本実施例の集電体１００における各凸部の概略配置図である。この図は、図１におけるＡ−Ａ'断面をｚ方向から示した図である。図に示すように、集電体１００の凸部は、ガスセパレータ６０上に千鳥状に配置される。このようにすれば、燃料ガス（水素ガス）は、アノード電極１０にスムーズに供給される。
【００３４】
Ａ３．実施例の効果：
以上のように、本実施例における集電体１００は、平坦な金属プレート１２０の表面に凸状の金属プレート１１０を形成して構成され、その金属プレート１１０の凸部における頂部面は、金属膜から成るアノード電極１０と面接触するように構成されている（図１）。このようにすれば、集電体１００によるアノード電極１０の磨耗を抑制することができる。
【００３５】
また、本実施例では、集電体１００において、金属プレート１１０の凸部と、金属プレート１２０とで囲まれる空間に空気が封入されて、空気層１３０が形成されている（図２）。このようにすれば、燃料電池が作動し、燃料電池内の温度が上昇すると、空気層１３０が熱膨張し、これにより集電体１００（金属プレート１１０）における凸部の頂部面がｚ方向へ押し上げられ、集電体１００の凸部の頂部面とアノード電極１０との接触面圧を上昇させることができる。その結果、経年変化や熱劣化などによる集電体１００とアノード電極１０との接触面圧の低下を防止することができる。さらに、その後、燃料電池が作動終了し、その温度が作動温度域未満になると、空気層１３０の熱膨張による集電体１００の凸部の頂部面のｚ方向への押し上げが低下される。従って、不必要に集電体１００の凸部の頂部面とアノード電極１０との間の接触面圧を上昇させることがなく、集電体１００の凸部の頂部面における金属プレート１１０の経年変化や熱劣化などを抑制することができる。
【００３６】
上述のごとく、従来では、アノード電極１０から電子を集電するための集電体として、繊維状の集電体を用いていた。この場合、上記した問題の他さらに、劣化によってその集電体の一部が脱落し、これによりガス流路内のガスの流れが妨げられるという問題もあった。これに対し、本実施例の集電体１００は、２枚の金属プレート１１０，１２０を使用している。このようにすれば、従来の繊維状の集電体のように、劣化によってその集電体の一部が脱落することがなく、その結果、脱落した集電体によってガス流路内のガスの流れを妨げることがない。
【００３７】
Ｂ．第２の実施例：
次に、本発明における第２の実施例を説明する。本実施例の燃料電池は、以下の点で第１の実施例の燃料電池と相違している。すなわち、第１の実施例の燃料電池では、アノード電極側の集電体として、凸状の金属プレートと平坦な金属プレートとを接合させ、それらの金属プレート間に空気を封入して構成されるものを用いていたが、本実施例の燃料電池は、アノード電極側の集電体として、熱膨張率の異なる２枚の金属プレートを接合させて構成されるものを複数用いている。従って、以下では、この第１の実施例と相違する点を中心に、本実施例を説明する。
【００３８】
Ｂ１．燃料電池の構成：
図４は、本発明の第２の実施例における燃料電池の構成単位である単セル５００'の概略構成を示す断面模式図である。本実施例における単セル５００'は、第１の実施例の単セル５００とほぼ同様の構成となっているが、図に示すように、本実施例の単セル５００'は、第１の実施例の集電体１００に代えて、複数の集電体１００'を用いている。
以下に集電体１００'について説明する。
【００３９】
Ｂ２．集電体の構成：
図５は、本実施例における集電体１００'の概略構成を示す断面模式図である。図に示すように、本実施例における集電体１００'は、熱膨張率の異なる２枚の金属プレート１１０'，１２０'から構成されるバイメタル構造となっており、金属プレート１１０'は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から成り、金属プレート１２０'は、ステンレス鋼よりも熱膨張率が高い銅（Ｃｕ）から成っている。集電体１００'において、金属プレート１１０'および金属プレート１２０'は、ほぼ同じ形状のステップ状（階段状）となっており、金属プレート１２０'上に金属プレート１１０'がクラット材で接合されている。集電体１００'において、図に示すＫ部分をステップ部と呼び、Ｈ部分を保持部と呼ぶ。また、この金属プレート１１０'のステップ部の頂部面は、金属膜から成るアノード電極１０と面接触している。図４では、この集電体１００'のｚ方向における高さは、ｚ方向におけるＭＥＡ７０の厚さより小さく示されているが、実際には、集電体１００'のｚ方向における高さは、ｚ方向におけるＭＥＡ７０の厚さの４倍〜５倍程度となっている。図５に示すように、集電体１００'の保持部において、金属プレート１２０'と、ガスセパレータ６０とがろう付けされて接合されている。これにより、集電体１００'は、ガスセパレータ６０に保持されている。
【００４０】
なお、上記集電体１００'のステップ部において、頂部面と保持部との間の斜面を斜面部と呼ぶ。上記した各集電体１００'は、図４に示すように、斜面部を、燃料ガスの流れ方向（ｘ方向）に対して対向させ、頂面部が保持部よりも燃料ガスの流れ方向の下流側になるように設置している。このようにすれば、燃料ガスは、集電体１００'の斜面部に沿ってアノード電極１０にスムーズに供給される。
【００４１】
図６は、本実施例における集電体１００'の概略配置図である。この図は、図４におけるＢ−Ｂ'断面をｚ方向から示した図である。図に示すように、各集電体１００'は、ガスセパレータ６０上に千鳥状に配置される。このようにすれば、燃料ガス（水素ガス）は、アノード電極１０にスムーズに供給される。
【００４２】
Ｂ３．実施例の効果：
以上のように、本実施例における集電体１００'は、２枚のステップ状の金属プレート１１０'，１２０'が接合されて構成され、その金属プレート１１０'のステップ部における頂部面は、金属膜から成るアノード電極１０と面接触するように構成されている（図４）。このようにすれば、集電体１００'によるアノード電極１０の磨耗を抑制することができる。
【００４３】
また、本実施例における集電体１００'は、金属プレート１１０'と熱膨張率が金属プレート１１０'より高い金属プレート１２０'からなるステップ状のバイメタル構造であり、かつ、保持部によりガスセパレータ６０に保持されている（図５）。このようにすれば、燃料電池が作動し、燃料電池内の温度が上昇すると、金属プレート１２０'が金属プレート１１０'よりも大きく熱膨張し、これにより集電体１００'（金属プレート１１０'）におけるステップ部の頂部面がｚ方向へ押し上げられ、集電体１００'のステップ部の頂部面とアノード電極１０との接触面圧を上昇させることができる。その結果、経年変化や熱劣化などによる集電体１００'とアノード電極１０との接触面圧の低下を防止することができる。一方、その後、燃料電池が作動終了し、その温度が作動温度域未満になると、熱膨張による集電体１００'のステップ部の頂部面のｚ方向への押し上げが低下される。従って、不必要に集電体１００のステップ部の頂部面とアノード電極１０との間の接触面圧を上昇させることがなく、集電体１００のステップ部の頂部面における金属プレート１１０'の経年変化や熱劣化などを抑制することができる。
【００４４】
さらに、本実施例の集電体１００'は、２枚の金属プレート１１０'，１２０'を使用している。このようにすれば、従来の繊維状の集電材のように、劣化によってその集電材の一部が脱落することがなく、その結果、脱落にした集電材によってガス流路内のガスの流れを妨げることがない。
【００４５】
Ｃ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００４６】
Ｃ１．変形例１：
上記実施例において、セパレータ６０は、集電体１００および１００'とは別部材として扱ったが、本発明はこれに限られるものではなく、セパレータ６０も集電体１００もしくは１００'の一部として扱ってもよい。
【００４７】
Ｃ２．変形例２：
上記第１の実施例において、集電体１００は、ガスセパレータ６０に接合され、集電体１００の凸部における頂部面がアノード電極１０と接触するように構成されているが、本発明はこれに限られるものではない。集電体１００は、アノード電極１０に接合され、集電体１００の頂部面がガスセパレータ６０と面接触するよう構成されてもしてもよい。この場合、集電体１００において、アノード電極１０に燃料ガスが接することができるように、凸部以外の部分について多数の孔を空けるように構成する。このようにすれば、集電体１００は、アノード電極１０と面接触するので、集電体１００によるアノード電極１０の磨耗を抑制することができる。また、このようにすれば、燃料電池が作動し、燃料電池内の温度が上昇すると、空気層１３０が熱膨張し、これにより集電体１００（金属プレート１１０）における凸部の頂部面がｚ方向へ押し上げられ、集電体１００の凸部の頂部面とセパレータ６０との接触面圧を上昇させることができる。その結果、集電体１００とアノード電極１０との接触面圧も上昇するので、経年変化や熱劣化などによる集電体１００とアノード電極１０との接触面圧の低下を防止することができる。
【００４８】
Ｃ３．変形例３：
上記第２の実施例において、集電体１００'は、ガスセパレータ６０に接合され、集電体１００'のステップ部における頂部面がアノード電極１０と接触するように構成されているが、本発明はこれに限られるものではない。集電体１００'において、保持部がアノード電極１０に接合され、集電体１００'の頂部面がガスセパレータ６０と接触するように構成されていてもよい。このようにすれば、集電体１００'（保持部）はアノード電極１０と面接触するので、集電体１００'によるアノード電極１０の磨耗を抑制することができる。また、このようにすれば、燃料電池が作動し、燃料電池内の温度が上昇すると、金属プレート１２０'が金属プレート１１０'よりも大きく熱膨張し、これにより集電体１００'（金属プレート１１０'）におけるステップ部の頂部面がｚ方向へ押し上げられ、金属プレート１１０'のステップ部の頂部面とガスセパレータ６０との接触面圧を上昇させることができる。その結果、集電体１００'とアノード電極１０との接触面圧も上昇するので、経年変化や熱劣化などによる集電体１００'とアノード電極１０との接触面圧の低下を防止することができる。
【００４９】
Ｃ４．変形例４：
上記第１の実施例において、集電体１００を構成する２枚の金属プレート１１０，１２０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、金属プレート１１０，１２０は、それぞれ、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）などから構成されていてもよい。また、金属プレート１１０と金属プレート１２０は、それぞれ異なる金属で構成されてもよい。
【００５０】
Ｃ５．変形例５：
上記第１の実施例において、集電体１００は、金属プレート１１０と金属プレート１２０との間に空気を封入して空気層１３０を形成しているが、本発明はこれに限られるものではなく、空気の代りに、酸素ガス（Ｏ２）、窒素ガス（Ｎ２）、もしくは炭酸ガス（ＣＯ２）などを封入してもよい。
【００５１】
Ｃ６．変形例６：
上記実施例ではアノード電極１０をパラジウム（Ｐｄ）もしくはパラジウム（Ｐｄ）合金などにより形成したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、アノード電極１０をルテニウム（Ｒｕ）により形成してもよい。また、アノード電極１０を金属以外の材料により形成することとしても良い。例えば、プロトン伝導性と電子伝導性とを有する混合伝導体によりアノード電極１０を形成することができる。このような混合伝導体としては、例えば、ＳｒＺｒＯ３系あるいはＢａＣｅＯ３系の固体酸化物や、酸化タングステン（ＷＯ３）を用いることができる。この固体酸化物は、構成元素の組成を調節することにより、プロトン導電性に加えて電子伝導性を発現可能となる。
【００５２】
Ｃ７．変形例７：
上記実施例では、カソード電極３０をポーラス状に形成したが、本発明はこれに限られるものではなく、アノード電極１０と同様に膜状に形成してもよい。この場合、膜を形成する材料としては、電気化学反応を促進する触媒活性を有し、さらに、プロトン伝導性も有するパラジウム（Ｐｄ）、パラジウム（Ｐｄ）合金もしくはルテニウム（Ｒｕ）などの金属を用いる。また、変形例６に記載した混合伝導体、若しくは、酸化物イオン伝導性と電子伝導性とを有する混合伝導体（例えば、ＢａＰｒＣｏＯ３系の固体酸化物）により、カソード電極３０を膜状に形成するようにしてもよい。
【００５３】
Ｃ８．変形例８：
上記実施例もしくは上記変形例７において、カソード電極３０側の集電体として、繊維状である集電体４０を用いているが、本発明はこれに限られるものではなく、集電体４０に代えて、上記実施例における集電体１００もしくは１００'をさらに用いてもよい。集電体１００を用いる場合には、金属プレート１１０をガスセパレータ５０に接合し、頂部面をカソード電極３０に面接触するように構成してもよいし、もしくは、金属プレート１１０をカソード電極３０に接合し、頂部面をガスセパレータ５０に面接触するように構成してもよい。集電体１００'を用いる場合には、保持部をガスセパレータ５０に接合し、頂部面をカソード電極３０に面接触するように構成してもよいし、もしくは、保持部をカソード電極３０に接合し、頂部面をガスセパレータ５０に面接触するように構成してもよい。
【００５４】
Ｃ９．変形例９：
上記実施例において、ＭＥＡ７０は、水素透過性金属層１５を有しているが、これを省略してもよい。
【００５５】
Ｃ１０．変形例１０：
上記第２の実施例における集電体１００'は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる金属プレート１１０'と、銅（Ｃｕ）から成る金属プレート１２０'から成っているが、本発明はこれに限られるものではない。金属プレート１２０'は、金属プレート１１０'よりも熱膨張率が高ければよく、例えば、金属プレート１１０'を、Ｎｉ−Ｆｅ（Ｎｉ：３６〜４６％）、フェライト系ＳＵＳ（ＳＵＳ４３０）、ＺＭＧ２３２、コバールなどとし、金属プレート１２０'を、Ｃｕ，Ｃｕ−Ｚｎ，Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ，オーステナイト系（ＳＵＳ３０４，３１６）などとしてもよい。この場合、集電体１００'は、上記金属プレート１１０'と上記金属プレート１２０'のいずれかの組み合わせのバイメタル構造として形成することができる。さらに、金属プレート１１０'と金属プレート１２０'を、それぞれステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる基材にニッケル（Ｎｉ）を添加したもので形成し、金属プレート１１０'と金属プレート１２０'との間でＮｉ添加量を調整することにより金属プレート１２０'の熱膨張率を金属プレート１１０'よりも高くするようにしてもよい。この場合、金属プレート１１０'におけるＮｉの添加量を、金属プレート１２０'におけるＮｉの添加量より少なくするようにする。以上のように、集電体１００'を形成しても、上記第２の実施例の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施例における燃料電池の構成単位である単セル５００の概略構成を示す断面模式図である。
【図２】第１の実施例における集電体１００の概略構成を示す断面模式図である。
【図３】第１の実施例の集電体１００における各凸部の概略配置図である。
【図４】第２の実施例における燃料電池の構成単位である単セル５００'の概略構成を示す断面模式図である。
【図５】第２の実施例における集電体１００'の概略構成を示す断面模式図である。
【図６】第２の実施例における集電体１００'の概略配置図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０...アノード電極
１５...水素透過性金属層
２０...電解質層
３０...カソード電極
４０...集電体
５０，６０...ガスセパレータ
７０...ＭＥＡ
７５...多層体
８０...単セル内燃料ガス流路
９０...単セル内酸化ガス流路
１００，１００'...集電体
１１０，１２０，１１０'，１２０'...金属プレート
５００，５００'...単セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005353413.tif 000006
【図５】
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【図６】
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